TWI477033B - 發電機 - Google Patents

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TWI477033B TW100140183A TW100140183A TWI477033B TW I477033 B TWI477033 B TW I477033B TW 100140183 A TW100140183 A TW 100140183A TW 100140183 A TW100140183 A TW 100140183A TW I477033 B TWI477033 B TW I477033B
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Description

發電機
本發明係關於發電機，例如呈同步發電機形式或亦呈用於風力發電設備之環狀發電機形式的發電機。此等發電機係已知的且(例如)經大量生產以用於Enercon GmbH(Aurich)之風力發電設備，且此等發電機之電力輸出無疑在500 kW或更大的區中，且其峰值亦高達7.5 MW或更大。
此等發電機具有在某種程度上相當大的直徑，此係因為Enercon風力發電設備不具有任何傳動齒輪且直徑在該狀況下可取決於發電機之各別電力輸出而在3 m與12 m或更大之間波動。
藉由將發電機轉子直接耦接至風力發電設備之空氣動力轉子，此等發電機(亦稱作同步或環狀發電機)之旋轉速度約為10至22轉/分鐘。其因此涉及被歸類為「低速運轉」之發電機，且所使用之發電機在該狀況下係(例如)具有78個極或78對極之多極發電機。
如在任何發電機中一樣，該發電機包含定子及轉子(在此上下文中之術語轉子與在風力發電設備的狀況下通常用於空氣動力系統之旋轉部分的術語轉子(亦即空氣動力轉子)有所區分)。
此等發電機之深度在200 mm至800 mm之區中。
發電機定子包含收納層壓薄片組合件之定子環，該等層壓薄片組合件具備凹槽且在定子環內部構成360°之封閉組合件。發電機系統之匝置放於層壓薄片組合件之凹槽中且在發電機之操作中在該等匝中誘發電力。
層壓薄片組合件之薄片係習知的電機薄片。該等薄片係根據給定型樣手動地或藉由機器來敷設且在該狀況下亦藉由螺栓支撐，該等螺栓在層壓薄片組合件完成之後被固定地擰緊以將個別薄片壓在彼此上。
層壓薄片組合件自身在其生產完成之後(例如)藉由螺旋或熔接而固定至定子環。
作為目前先進技術，通常注意到US No 3 708 707 A、US No 2 973 442 A、US No 1 685 054 A、DE 1 232 651 B及DE 2 148 827 A。
先前之發電機系統已證實為高度可靠的，但亦努力生產具有甚至更大深度之發電機，且關於該發電機，可靠操作及詳言之在定子與轉子之間保持為相同之空氣間隙則始終仍得以維持。
根據本發明，藉由具有技術方案1之特徵的發電機達成該目的。在隨附申請專利範圍中闡述有利的發展。
在迄今為止之目前先進技術中，層壓薄片組合件僅在兩個位置處固定至定子。
然而，若發電機深度增加(例如)至1200 mm(或更大)，且層壓薄片組合件因此在軸向上變得甚至更長，則亦需當心以使定子與轉子之間的空氣間隙保持相同，且提供可靠冷卻及因此在一方面發電機之匝/薄片與另一方面定子環或定子載體中的冷卻通道之間的優良熱傳遞。該目的因此係使層壓薄片組合件及因此薄片保持與定子環在發電機之整個寬度上直接接觸。為了可靠地確保此直接接觸，本發明建議層壓薄片組合件不僅在其外部位置於兩個點處而且在至少一其他點處(亦即，大致在層壓薄片組合件之中心處)固定至定子環。
根據本發明，因此特定地規定層壓薄片組合件不能「垂陷」，亦即，其不能在其自身的重量下向下移動，該向下移動最終將導致空氣間隙減小或在最糟糕狀況情形下可導致定子與轉子以機械方式觸碰彼此。
下文藉由實施例更詳細地描述本發明。
圖1展示發電機3(例如，風力發電設備之同步發電機)之定子2之定子環1的一部分。層壓薄片組合件4設置於定子環1內部，層壓薄片組合件4係藉由將複數個個別(電機)薄片(未圖示)相互重疊地置放而形成。
層壓薄片組合件4形成凹槽5，定子2之匝稍後配合至凹槽5中。層壓薄片組合件4自身具有穿過其之複數個螺栓6且在所說明之實例中藉由支撐環7封閉。如自圖1可看出，螺栓6亦穿過支撐環7，且支撐環7在點13處藉由熔接縫8固定至定子環1。
如圖1中所展示，支撐環7並非安置於層壓薄片組合件外部，而是大致在中心處(見圖2)，以使得在熔接支撐環7之後可將其他薄片置放於支撐環上以形成定子2之總層壓薄片組合件10的第二部分9。
圖2展示穿過根據本發明之發電機3的橫截面。在該態樣中將看出，螺栓6穿過整個層壓薄片組合件10及支撐環7，且層壓薄片組合件10在其外部以壓力板11定界。螺栓6具備高擰緊力矩以便儘可能緊密地將層壓薄片組合件4、9、10的薄片壓在彼此上。壓力板11熔接至定子環1，壓力板11在外部靠在層壓薄片組合件上且與層壓薄片組合件之個別薄片相比而言具有大的寬度。其亦適用於大致在層壓薄片組合件之中心處的支撐環7，以使得整個層壓薄片組合件在至少三個點處固定地連接至定子環1。層壓薄片組合件的個別薄片亦如支撐環具有相應的孔以用於收納螺栓6，以使得薄片亦由螺栓6支承。
圖式中說明之所描述發電機3較佳具有約為1200 mm之深度及用於定子的約為5 m之外徑。較佳將發電機3安置於風力發電設備中。
根據本發明之發電機3卓越之處亦在於，整個層壓薄片組合件10被劃分為藉由所描述之支撐環7分開的兩個子區4、9。在看向完成之發電機的定子繞組上時亦可看到上述情況，此係因為支撐環7與薄片相比而言具有相對大的厚度且支撐環具有指狀物12，該等指狀物12並不完全與藉由電機薄片之凹槽5形成的凹槽深度一樣長。
在圖1中，可看出支撐環7在頂部擱置於層壓薄片組合件上。如所提及，層壓薄片組合件包含相互重疊地置放且分別具有所說明之凹槽形狀的薄片。給定數目個薄片層(例如，5至20個薄片層)，亦即直接位於支撐環7下方的薄片層，亦較佳地膠合在一起以便在該區中確保薄片以最佳可能方式固定在一起，此係因為薄片自身在其自由端未完全由支撐環7之指狀物12所覆蓋，支撐環7較佳與壓力板包含相同材料且較佳亦具有相同形狀。
1．．．定子環
2．．．定子
3．．．發電機
4．．．層壓薄片組合件
5．．．凹槽
6．．．螺栓
7．．．支撐環
8．．．熔接縫
9．．．層壓薄片組合件
10．．．層壓薄片組合件
11．．．壓力板
12．．．指狀物
13．．．固定點
圖1展示發電機之定子之定子環的一部分；及
圖2展示穿過發電機之橫截面。
1．．．定子環
2．．．定子
4．．．層壓薄片組合件
5．．．凹槽
6．．．螺栓
7．．．支撐環
8．．．熔接縫
12．．．指狀物
13．．．固定點

Claims (7)

  1. 一種一風力發電設備之同步發電機(3)，其包含具有繞組之一發電機定子(2)，該等繞組安置於藉由薄片形成之凹槽(5)中，其中該發電機定子(2)具有一預定直徑及一預定深度，其中該等薄片形成一層壓薄片組合件(4、9、10)，螺栓(6)穿過整個該層壓薄片組合件(4、9、10)且其中該層壓薄片組合件(4、9、10)在其前端及後端處固定至該定子(2)的一定子環(1)，其中，該層壓薄片組合件之一其他固定點(13)設置於該定子環(1)上，其中該固定點(13)大致在該定子環(1)之中心處且一支撐環(7)熔接至該固定點(13)，且其中該層壓薄片組合件(10)被劃分為兩個部分(4、9)且該兩個部分藉由該支撐環(7)分開，且其中該層壓薄片組合件(4、9、10)及該支撐環(7)具有用於收納該等螺栓(6)的相應孔。
  2. 如請求項1之發電機，其中該層壓薄片組合件(4、9、10)係在其外部以壓力板(11)定界，該壓力板係焊接至該定子(1)。
  3. 如請求項1及2中任一項之發電機，其中該層壓薄片組合件(4、9、10)之直接位於該支撐環(7)下方的一給定數目個薄片層係膠合在一起。
  4. 如請求項1及2中任一項之發電機，其中該支撐環(7)與該層壓薄片組合件(4、9、10)之一薄片相比，具有相對大的厚度。
  5. 如請求項1及2中任一項之發電機，其中該支撐環(7)具有指狀物(12)，該等指狀物(12)並不完全與該等凹槽(5)形成的一凹槽深度一樣長。
  6. 如請求項1及2中任一項之發電機，其中該發電機(3)具有超過1000mm之一深度，且具有超過2m之一直徑，且具有超過1MW之一標稱電力輸出。
  7. 一種風力發電設備，其具有如前述請求項中一項之發電機。
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